I 1 Einleitung 1 2 Ziel der Arbeit 5 3 Allgemeiner theoretischer Teil 11 3.1 Optische Aktivität und chiroptische Analyse 11 3.1.1 Optische Aktivität 11 3.1.2 Enantiomere 12 3.1.3 Chirale und achirale Moleküle 13 Symmetrieelemente und Symmetrieoperationen 13 Dissymmetrische und asymmetrische Moleküle 14 3.1.4 Chiroptische Analyse 15 3.1.5 Wechselwirkung von Licht mit Materie 19 Licht und achirale Moleküle 19 Licht und chirale Moleküle 20 Spezifische und molare Drehung 21 Circulardichroismus 22 3.1.6 Absolute Konfiguration 23 3.2 Chromatographie und HPLC 25 3.2.1 Einführung, Definitionen und historische Entwicklung der Chromatographie 25 3.2.2 Einteilung der Chromatographie 28 3.2.2.1 Einteilung nach dem Aggregatzustand 28 3.2.2.2 Einteilung nach den Trennverfahren 29 3.2.2.3 Einteilung nach der Technik 29 3.2.3 Hochleistungsflüssigchromatographie HPLC 30 3.2.3.1 Anwendungsvoraussetzungen und Anwendungsgebiete der HPLC 31 3.2.3.2 HPLC Apparatur 32 3.2.3.3 Theoretische Grundlagen zur HPLC 35 3.2.3.3.1 Trennmechanismen 35 3.2.3.3.2 Reaktionsdaten 37 3.2.3.4 Optimierung der Auflösung 42 3.2.3.5 Bedeutung der Polarität in der HPLC 42 3.3 Grundlagen der Enantiomerentrennung 43
II Inhaltsverzeichnis 3.3.1 Chiralität 43 3.3.2 Chirale Naturstoffe 44 3.3.3 Eigenschaften der Enantiomere biologische und physiologische Wirkungen 45 3.3.4 Entwicklung der analytischen Trennverfahren für Enantiomere 48 3.3.4.1 Entwicklung der chiralen stationären Phasen 48 3.3.4.2 Die erste Racemattrennung von Pasteur und neue Analoge 49 3.3.5 Prinzip der Enantiomerentrennung 51 1.3.6 Chirale stationäre Phasen (CSP) 53 I. Bürstenphasen 53 II. Helikale Polymere 54 III. Phasen mit chiralen Kavitäten 55 IV. Proteinphasen 59 V. Ligandenaustauschphasen 60 3.4 Chirale Trennungstechniken 62 3.4.1 Enantiomerentrennung durch Kristallisation 62 3.4.2 Chromatographische Techniken 63 A. Direkte chirale Trennungen 63 B. Indirekte chirale Trennungen chirale Derivatisierung 65 3.4.2.1 Flüssigchromatographie (LC) 70 3.4.2.1.1 High Pressure Liquid Chromatographie (HPLC) 70 3.4.2.1.2 Dünnschichtchromatographie (DC) 70 3.4.2.1.3 Simulated Moving Bed (SMB) 71 3.4.2.1.4 Countercurrent Chromatographie (CCC) 72 3.4.2.2 Subkritische und Superkritische Fluid Chromatographie (SFC) 72 3.4.2.3 Gaschromatographie 73 3.4.3 Enantioselektive Membranen 73 3.4.3.1 Flüssige Membranen 74 3.4.3.2 Polymer-Membranen 75 3.4.3.3 Molekular-geprägte Polymer-Membranen 75 3.4.4 Andere Methoden 76 3.4.4.1 Enantiomerentrennung mit Hilfe von Mikroorganismen 76 3.4.4.2 Chirale Extraktion 76 3.4.4.3 Präparative Gel-Elektrophorese 76
III 3.4.4.4 Enantioselektive Destillation 77 3.4.4.5 Chirale Trennungen in Mikrofluiden 77 4 Spezieller theoretischer Teil 79 4.1 Topologisch chirale Isomere 79 4.1.1 Topologie von Catenanen, Möbius-Bändern und molekularen Knoten 80 4.1.2 DNA-Topologie 82 4.1.3 Templatsynthese 85 4.1.3.1 Template für die Knotensynthese 88 4.1.3.2 Templatgesteuerte Amid-Knotane 92 Synthese des Amid-Knotans 93 Funktionalisierung von Amid-Knotanen 95 4.1.4 Direkte Enantiomerentrennung funktionalisierter Knotane mittels HPLC 99 4.1.4.1 Chirale stationäre Phasen für die direkte Enantiomerentrennung 99 4.1.4.1.1 Polysaccharidderivate als chirale stationäre Phasen 100 4.1.4.1.2 Chirale stationäre Phasen von Pirkle-Typ 104 4.1.4.2 Enantiomerentrennung des Trisallyloxy-Knotans 106 4.1.4.2 Enantiomerentrennung des Bis(allyloxy)- monohydroxy-knotans 110 4.1.4.3 Trennung des Trishydroxy-Knotans in die Enantiomere 112 A. Fluoreszente Knotane 115 4.1.4.5 Trennung des Bis(allyloxy)dansyloxy-Knotans in Enantiomere 116 4.1.4.6 Enantiomerentrennung des Bis(dansyloxy)allyloxy-Knotans 118 4.1.4.7 Trennung des Trisdansyloxy-Knotans in die Enantiomere 119 4.1.4.8 Chirale Trennung des Bis(dansyloxy)monohydroxy-Knotans 122 4.1.4.9 Trennung des Bis(allyloxy)monotosyl-Knotans 124 B. Trennung von Diastereomeren mittels HPLC 127 4.1.4.10 Trennung des Bis(allylloxy)monocampherylsulfonyloxy- Knotans 128 4.1.4.11 Trennung des Tris(campherylsulfonyloxy)-Knotans 130 C. Enantiomeretrennungen der langkettig-substituierten Knotane 133 4.1.4.12 Trennung des Octenyloxy-Knotans in die Enantiomere 135 4.1.4.13 Trennung des Triethylenglykol-substituierten Knotans
IV Inhaltsverzeichnis in die Enantiomere 140 4.1.4.14 Trennung des Tetraethylenglykol-substituierten Knotans in die Enantiomere 144 D. Mögliche Bildungsmechanismen von molekularen Knoten 149 4.1.4.15 Chirale Trennung des Mono(methoxy)-Knotans, synthetisiert nach Mechanismus I 152 4.1.4.16 Chirale Trennung des Mono(methoxy)-Knotans, synthetisiert nach Mechansimus II 156 E. Enantiomerentrennung von Knotaxanen 159 4.1.4.17 Chirale Trennung des ersten synthetisierten Knotaxans (mit Allyl-Gruppen am Knotan) 160 4.1.4.18 Chirale Trennung des Dansyl-substituierten Knotaxans 161 4.2 Cycloenantiomere 164 4.2.1 Catenane und Rotaxane 164 4.2.2 Rotaxansynthese-Mechanismen 166 4.2.3 Cycloenantiomerentrennung des Bissulfonamid-[2]Rotaxans 170 4.2.4 Cycloenantiomerentrennung des ersten Bonnans 172 4.2.4.1 Trennung der Stereoisomere des Bonnans 15a 175 4.2.4.2 Nomenklatur der Bonnane 182 5 Zusammenfassung 185 6 Ausblick 193 7 Experimenteller Teil 197 7.1 Verwendete Geräte 197 7.2 Verwendete HPLC-Säulen und Lösungsmittel 198 7.2.1 Nicht-immobilisiertes chirales Säulenmaterial 198 7.2.2 Immobilisiertes chirales Säulenmaterial 199 7.2.3 Achirales Säulenmaterials 199 7.2.3.1 NP-Silicagel-Säulen 199 7.2.3.2 RP-Säulen (C-18 Phasen): 200 7.2.4 Lösungsmittel (mobile Phase): 200 7.3 Enantiomerentrennungen 201 7.3.1 Tris(allyloxy)-Knotan 201
V 7.3.2 Bis(allyloxy)monohydroxy-Knotan 203 7.3.3 Trishydroxy-Knotan 205 7.3.4 Bis(allyloxy)dansyloxy-Knotan 207 7.3.5 Bis(dansyloxy)allyloxy-Knotan 209 7.3.6 Trisdansyloxy-Knotan 210 7.3.7 Bis(dansyloxy)monohydroxy-Knotan 211 7.3.8 Bis(allyloxy)monotousyl-Knotan 213 7.3.9 Bis(allylloxy)monocampherylsulfonyloxy-Knotan 215 7.3.10 Tris(campherylsulfonyloxy)-Knotan 216 7.3.11 Octenyloxy-Knotan 217 7.3.12 Triethylenglykol-substituierten Knotan 219 7.3.13 Tetraethylenglykol-substituierten Knotan 222 7.3.14 Mono(metoxy)-Knotan über Mechanismus I 224 7.3.15 Mono(metoxy)-Knotans über Mechanismus II 226 7.3.16 Knotaxan 14b 227 7.3.17 Rotaxan 155 228 7.3.18 Bonnan 15a 229 8 Literaturverzeichnis 231 9 Publikationen 245 10 Dank 247